Защита почти любой ценой

Даже у бактерий есть враги — например, одноклеточные инфузории в воде предпочитают питаться микробами. Микробы защищаются от хищников с помощью различных уловок, которые инфузории, в свою очередь, пытаются преодолеть. Возникает эволюционная гонка за лучшие механизмы атаки и защиты. Согласно учёным из Института эволюционной биологии Макса Планка в Плёне, у жертв, таких как бактерии, в долгосрочной перспективе нет выбора, кроме как поддерживать защитные механизмы, даже если затраты на это так высоки, что они едва могут производить потомство.

Хищник и жертва тесно связаны друг с другом: если один эволюционирует, другой должен поспевать. Такая коэволюция и сопутствующее ей давление отбора ведут к взаимной адаптации двух видов.

В своих экспериментах Лутц Бекс и его коллеги из Плёна, Лондона и Финляндии содержали бактерии и инфузории вместе в течение многих недель и отслеживали их эволюцию. Они наблюдали, как микробы защищаются от прожорливости инфузорий, когда через несколько дней бактериальные клетки, обычно живущие изолированно, начали образовывать более крупные скопления в виде скользкой «биоплёнки». Это означало, что инфузории не могли так эффективно их поедать.

Дорогостоящая защита

Пока учёные позволяли эволюционировать только бактериям в своих экспериментах и компьютерных симуляциях, бактерии могли хорошо защищаться от поедания — с приемлемыми затратами. Однако, как только инфузориям тоже разрешили эволюционировать, защита стала обходиться бактериям очень дорого: они производили мало потомства. «Защита от хищников, следовательно, обходится дорого, потому что чем лучше оснащены бактерии, тем хуже они размножаются», — говорит Бекс.

Таким образом, бактерии не могут оптимизировать оба параметра одновременно — типичный случай эволюционного компромисса (trade-off). Однако, какую именно форму принимает этот компромисс, зависит от того, может ли хищник адаптироваться к защитным механизмам жертвы. Если да, то защита становится для жертвы всё более затратной, и на размножение почти не остаётся ресурсов. В противоположность этому, если хищник не может адаптироваться, жертве требуется меньше ресурсов для защиты, и она может инвестировать больше в производство потомства, объясняет Бекс.

Меньше разнообразия

Кроме того, исследователи показали, что разнообразие хищников уменьшается при динамическом компромиссе. Таким образом, инфузории развивают меньше различных типов для адаптации к бактериальным скоплениям и биоплёнкам. «Это, конечно, выгодно для жертвы и может снизить давление на бактерии», — говорит Бекс.

Исследование показывает, что, как ни удивительно, большее разнообразие жертв не всегда означает большее разнообразие хищников. Лутц Бекс: «Важны затраты и выгоды признаков для жертвы и хищника. Как показывают наши эксперименты, они могут смещаться в зависимости от того, было ли у хищника время адаптироваться».